JPS63276853A - Micro-wave plasma processing device - Google Patents

Micro-wave plasma processing device

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JPS63276853A
JPS63276853A JP11075087A JP11075087A JPS63276853A JP S63276853 A JPS63276853 A JP S63276853A JP 11075087 A JP11075087 A JP 11075087A JP 11075087 A JP11075087 A JP 11075087A JP S63276853 A JPS63276853 A JP S63276853A
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plasma
microwave
generation chamber
plasma generation
magnetic field
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健一 夏井
Yoshimi Hakamata
袴田 好美
Keimei Kojima
啓明 小島
Yasunori Ono
康則 大野
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Abstract

PURPOSE:To enlarge the processing area and enhance thereby the processing efficiency by furnishing a plasma production chamber with a portion, in which the section area of the chamber increases approx. continuously from the opening of a waveguide path toward an ion drawout device. CONSTITUTION:A vessel 16 is inscribed with permanent magnets 15a-15d. This causes the magnetic flux density near the inner surface of the vessel 16 to be approx. equal on the microwave incident side and ion drawout electrode 17 side, and such a magnetic flux density can be obtained as meeting the cyclotron resonance (ECR) condition at the points approx. at the same distance from the wall of vessel 16. This allows enlargement of the plasma production range gradually from the microwave incidental side toward the ion drawout electrode 17, which should increase the ion drawout area. Thus the processing area will be enlarged to lead to enhancement of the processing efficiency.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、マイクロ波と磁界の相互作用により生成した
プラズマによって試料の表面処理を行なうマイクロ波プ
ラズマ処理装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a microwave plasma processing apparatus that performs surface treatment on a sample using plasma generated by the interaction of microwaves and a magnetic field.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

マイクロ波電力によりプラズマを生成し、プラズマを生
成する室の周囲にソレノイドコイルを配置し、このソレ
ノイドコイルにより発生する磁界と前記マイクロ波の電
界による電子のサイクロトロン運動を利用してさらにプ
ラズマの生成効率を高め、プラズマ中のイオンにより試
料の表面処理を行なうマイクロ波プラズマ処理装置は、
例えば概略を図により説明する。
Plasma is generated using microwave power, a solenoid coil is placed around the plasma generating chamber, and the magnetic field generated by the solenoid coil and the cyclotron movement of electrons due to the electric field of the microwave are used to further improve the plasma generation efficiency. Microwave plasma processing equipment that increases the
For example, the outline will be explained using figures.

第8図は従来のマイクロ波プラズマ処理装置の断面図で
ある。図で、lはマイクロ波を発生するマイクロ波発振
器、2はマイクロ波発振器1で発生したマイクロ波電力
を伝送する導波管、3は導波管2に連結された容器、4
は容器3により形成されるプラズマ生成室、5はマイク
ロ波をプラズマ生成室4に導入する入射窓、6はプラズ
マ生成室4内に生成したプラズマを示す。73.7bi
t容器3の外部に設けられたソレノイドコイル、8はプ
ラズマ6内のイオンを引出すイオン引出し磁極、9は引
出されたイオンにより種々の処理を行なう処理装置であ
る。1(〕は処理装置9内に図示しないホA・ダにより
支持された試料、11はイオン引出し装置8により引出
されたイオン、12はプラズマ生成室4および処理装置
9内を真空とする真空排気装置である。
FIG. 8 is a sectional view of a conventional microwave plasma processing apparatus. In the figure, l is a microwave oscillator that generates microwaves, 2 is a waveguide that transmits the microwave power generated by the microwave oscillator 1, 3 is a container connected to the waveguide 2, and 4
Reference numeral 5 indicates a plasma generation chamber formed by the container 3, 5 an entrance window for introducing microwaves into the plasma generation chamber 4, and 6 the plasma generated within the plasma generation chamber 4. 73.7bi
A solenoid coil is provided outside the container 3, 8 is an ion extracting magnetic pole for extracting ions in the plasma 6, and 9 is a processing device for performing various treatments using the extracted ions. 1 () is a sample supported by a hoist (not shown) in the processing device 9, 11 is an ion extracted by the ion extraction device 8, and 12 is a vacuum evacuation device that evacuates the inside of the plasma generation chamber 4 and the processing device 9. It is a device.

プラズマ生成室4にマイクロ波が射入された状態で所定
のガスが導入されると、当該ガスはマイクロ波によりプ
ラズマ化され、さらにこのプラズマ6内に存在する電子
はソレノイドコイル7a。
When a predetermined gas is introduced into the plasma generation chamber 4 while microwaves are being applied, the gas is turned into plasma by the microwaves, and the electrons present in the plasma 6 are transferred to the solenoid coil 7a.

7bにより形成される磁界の影響を受けてサイクロトロ
ン運動を行なう。この電子のサイクロトロン運動により
、当該電子は容器16内の分子や原子など中性粒子に衝
突し、その粒子を電離し、イオンを生成せしめろ。この
ような動作の繰返しにより、導入ガスのプラズマ化は着
るしく促進され、プラズマ生成効率は向上する。マイク
ロ波周波数として電波法により工業用に割当てられた2
、45GH2を用いた場合、電子にサイクロトロン運動
を発生させるためのサイクロトロン共鳴(ECR)条件
を満足する磁束密度は0.0875テスラである。
Cyclotron motion is performed under the influence of the magnetic field formed by 7b. Due to the cyclotron movement of the electrons, the electrons collide with neutral particles such as molecules and atoms in the container 16, ionizing the particles and generating ions. By repeating such operations, the plasma of the introduced gas is steadily promoted, and the plasma generation efficiency is improved. 2 assigned for industrial use by the Radio Law as a microwave frequency
, 45GH2, the magnetic flux density that satisfies the cyclotron resonance (ECR) conditions for generating cyclotron motion in electrons is 0.0875 Tesla.

このようにして形成されたプラズマ6内に存在するイオ
ンはイオン引出し装置8(複数の磁極で構成される)に
より引出され、イオンジャワ11となって処理装置9内
(導入される。このイオンジャワ11を利用して、試料
10に対するミリング、エツチング等の処理が行なわれ
る。
The ions existing in the plasma 6 thus formed are extracted by an ion extraction device 8 (consisting of a plurality of magnetic poles), become an ion jaw 11, and are introduced into the processing device 9. 11, the sample 10 is subjected to milling, etching, and other treatments.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

ところで、上記のようなマイクロ波プラズマ処理装置に
あっては、試料10に対するミリング;エツチング等の
処理が終了すると試料10が取出され、未処理の試料と
交換されて再び同様の処理が繰返えされる。したがって
、処理効率(生産性の効率)を向上させるには、1回で
より多くの試料を処理する必要かあり、そのためにはプ
ラズマ生成室4の断面積を大きくてればよい。ところが
、プラズマ生成室4へのマイクロ波入射の良好な結合度
を得るためには、プラズマ生成室4の断面積をマイクロ
波導波管2の断面積に近似したものに選定しなければな
らず、これによ、リプラズマ生成呈4の断面積を大きく
して試料10の処理効率を向上させることはできなかっ
た。
By the way, in the above-mentioned microwave plasma processing apparatus, when processing such as milling and etching on the sample 10 is completed, the sample 10 is taken out, replaced with an untreated sample, and the same process is repeated again. It will be done. Therefore, in order to improve the processing efficiency (productivity efficiency), it is necessary to process more samples at one time, and for this purpose, the cross-sectional area of the plasma generation chamber 4 may be increased. However, in order to obtain a good coupling degree of the microwave incident on the plasma generation chamber 4, the cross-sectional area of the plasma generation chamber 4 must be selected to approximate the cross-sectional area of the microwave waveguide 2. As a result, the processing efficiency of the sample 10 could not be improved by increasing the cross-sectional area of the replasma generation chamber 4.

なお、外部磁場によるECHを用いない方式のマイクロ
波プラズマ発生装置では、例えば特開昭56−1124
722号公報に記載のように、プラズマ生成部内のプラ
ズマを次第に拡大する手段が示されている。しかしこの
手段は、同軸導波管内部導体のマイクロ波電界によりイ
オン化を図りプラズマを生成するものであり、ECRに
よるブラズマ生成と異なり、このプラズマはプラズマ生
成部表面、即ちプラズマ生成部を構成する絶縁物内壁面
で生成される。このようなプラズマは、壁面からの不純
物を含み、又、壁面への損失が多いため、高密度で純度
の高いものが得られ難いという問題があった。
In addition, for a microwave plasma generator of a type that does not use ECH using an external magnetic field, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-1124
As described in Japanese Patent No. 722, a means for gradually expanding the plasma within the plasma generating section is disclosed. However, this method generates plasma by ionizing it using the microwave electric field of the internal conductor of a coaxial waveguide. Generated on the internal walls of objects. Such plasma contains impurities from the wall surface and there is a lot of loss to the wall surface, so there is a problem that it is difficult to obtain high density and high purity plasma.

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し、プラ
ズマ生成室へのマイクロ波入射の結合度を損うことなく
処理面積を大きくして処理効率を向上させることができ
るマイクロ波プラズマ処理装置を提供するにある。
It is an object of the present invention to provide microwave plasma processing that solves the problems of the prior art described above and can increase the processing area and improve the processing efficiency without impairing the coupling degree of microwave incidence into the plasma generation chamber. We are in the process of providing equipment.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記の目的を達成するため、本発明は、マイクロ波発振
器で発生したマイクロ波電力を導波路で伝送してプラズ
マ生成室内に導入するとともに、プラズマ生成室内に磁
界を発生させ、マイクロ波と磁界により生成されたプラ
ズマからイオン引出し装置で処理室にイオンを引出し、
このイオンを利用して試料に対する処理を行なうマイク
ロ波プラズマ処理装置において、プラズマ生成室は、導
波路への開口部からイオン引出し装置の間に、プラズマ
生成室の断面積が導波路の開口部側からイオン引出し装
置側に向ってほぼ連続的に増大する部分を有することを
特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention transmits microwave power generated by a microwave oscillator through a waveguide and introduces it into a plasma generation chamber, generates a magnetic field inside the plasma generation chamber, and uses the microwave and magnetic field to generate a magnetic field. Ions are extracted from the generated plasma into the processing chamber using an ion extraction device.
In a microwave plasma processing device that processes a sample using these ions, the plasma generation chamber is located between the opening to the waveguide and the ion extraction device, with the cross-sectional area of the plasma generation chamber facing toward the opening of the waveguide. It is characterized by having a portion that increases almost continuously from the ion extraction device toward the ion extraction device side.

〔作 用〕[For production]

所定の形状の導波路により伝送されるマイクロ波は導波
路の形状で定まるモードを有しており、導波路の形状を
急激に変化させると上記モードの維持ができなくなり1
反射と損失が著しく増大する。本発明では、プラズマ生
成室は、導波路への開口部からイオン引出し!11まで
の間において、プラズマ生成室の断面積が導波路の開口
部側からイオン引出し装置側に向ってほぼ連続的に増大
する部分を設けたので、上記モードを維持しつつイオン
引出し装置側の断面積を大きくすることができ、広い面
積からイオンか引出される。
Microwaves transmitted through a waveguide with a predetermined shape have a mode determined by the shape of the waveguide, and if the shape of the waveguide is suddenly changed, the above mode cannot be maintained.
Reflections and losses increase significantly. In the present invention, the plasma generation chamber extracts ions from the opening to the waveguide! 11, there was a part where the cross-sectional area of the plasma generation chamber increased almost continuously from the opening side of the waveguide toward the ion extraction device side. The cross-sectional area can be increased, and ions can be extracted from a wide area.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明を図示の実M例に基づいて説明する。 Hereinafter, the present invention will be explained based on an illustrated example.

第1図1a)は本発明の@1の実施例に係るマイクロ波
プラズマ処理装置の断面図、第1図1b)、 (c)は
それぞれ第1図[alの線I b−I b、  I c
−I cに沿う断面図、第1図1eilは第1図1al
に示す装置のプラズマ生成室内の磁界分布図である。図
で、第8図に示す部分と同一部分には同一符号を付して
説明を省略する。15aは入射窓5の近傍において、第
1図1alに示すように同一円周上に配置された複数の
永久磁石であり、各永久磁石のS極がプラズマ生成室4
に面するように配置されている。
1a) is a sectional view of a microwave plasma processing apparatus according to the embodiment @1 of the present invention, and FIG. c.
- Sectional view along I c, Figure 1 1eil is Figure 1 1al
FIG. 3 is a magnetic field distribution diagram inside the plasma generation chamber of the apparatus shown in FIG. In the figure, parts that are the same as those shown in FIG. 8 are given the same reference numerals, and explanations thereof will be omitted. Reference numeral 15a indicates a plurality of permanent magnets arranged on the same circumference near the entrance window 5, as shown in FIG.
is placed facing the

15bは永久磁石15aに隣接し、かつ、その円周より
大きい同一円周上に配置された複数の永久8石であり、
永久磁石15aと同様そのS極はプラズマ生成室4に面
している。15cは永久磁石15bから処理装置9側に
離れて配置された複数の永久磁石であり、永久8石15
bよりさらに大きい同一円周上に各N極をプラズマ生成
室4に向けて配置されている。15dは第1図1c)に
示すように、永久磁石15Cの処理装置9側にこれらと
隣接して配置された複数の永久磁石であり、永久磁石1
5Cより大きい同一円周上に各N極をプラズマ生成室4
に向けて配置されている。16は上記各永久磁石15a
〜15dに内接するように構成された容器である。17
は容器16の処理装置9側端部に設けられたイオン引出
し磁極であり、プラズマ6に接するプラズマ電m17a
、このプラズマ磁極17aに対して負の電位を与えてプ
ラズマ6から正イオンを引出すための引出し磁極17b
、および処理装置9と同じく接地電位とされた接地磁極
17cで構成されている。
15b is a plurality of permanent 8 stones arranged on the same circumference adjacent to the permanent magnet 15a and larger than the circumference thereof,
Like the permanent magnet 15a, its south pole faces the plasma generation chamber 4. 15c is a plurality of permanent magnets arranged away from the permanent magnet 15b toward the processing device 9, and includes 8 permanent magnets 15.
The N poles are arranged on the same circumference, which is larger than b, with each N pole facing toward the plasma generation chamber 4. 15d is a plurality of permanent magnets arranged adjacent to the processing device 9 side of the permanent magnet 15C, as shown in FIG.
Plasma generation chamber 4 with each N pole on the same circumference larger than 5C
is placed towards. 16 is each of the above permanent magnets 15a
It is a container configured to be inscribed in ~15d. 17
is an ion extraction magnetic pole provided at the end of the container 16 on the side of the processing device 9, and the plasma electrode m17a in contact with the plasma 6
, an extraction magnetic pole 17b for extracting positive ions from the plasma 6 by applying a negative potential to the plasma magnetic pole 17a.
, and a ground magnetic pole 17c which is set to the ground potential like the processing device 9.

次に、本実施例の動作を第1図1dlに示す磁束分布図
を参照しながら説明する。第1図1d)で横軸にはa束
密度が、縦軸にはプラズマ生成室4の軸方向の距離がと
っである。真空排気装置12により全体を10”” T
orr程度の本真空にした後、所要のガス、例えばアル
ゴンやCF4などを1O−3〜10” Torrに充填
した状態でプラズマ生成室4にマイクロ波を入射せしめ
ると充填されたガスがプラズマ化される。
Next, the operation of this embodiment will be explained with reference to the magnetic flux distribution diagram shown in FIG. 1dl. In FIG. 1 d), the horizontal axis represents the a-flux density, and the vertical axis represents the distance in the axial direction of the plasma generation chamber 4. The vacuum exhaust device 12 reduces the entire area to 10"" T.
After creating a main vacuum of approximately 100 torr, the plasma generation chamber 4 is irradiated with microwaves with a required gas such as argon or CF4 filled at 10-3 to 10" Torr, and the filled gas is turned into plasma. Ru.

一方、各永久磁石15a〜15dによりプラズマ生成室
4内には第1図1d)に示す磁束密度分布を有する磁界
が生じろ。この磁界の磁束密度は磁束密度が極大となる
位置からイオン引出1.磁極側に向って次第に小さくな
ってゆく領域Aを有する。
On the other hand, a magnetic field having a magnetic flux density distribution shown in FIG. 1d) is generated in the plasma generation chamber 4 by each of the permanent magnets 15a to 15d. The magnetic flux density of this magnetic field is such that ions are extracted from the position where the magnetic flux density is maximum. It has a region A that gradually becomes smaller toward the magnetic pole side.

このような磁界の存在により、プラズマ6内の電子のサ
イクoトロン運動が生じ、電子が中性粒子に衝突し、比
較的運動エネルギの小さい(イオン温度の低い)イオン
を生成させる。プラズマ6の生成効率は磁束f1M度が
極大となる近辺において最も高くなり、この付近で生成
されたプラズマ6は領域Aの磁束密度勾配によりイオン
引出し磁極17の方へ輸送される。
The presence of such a magnetic field causes cyclotron motion of electrons within the plasma 6, causing the electrons to collide with neutral particles and generate ions with relatively low kinetic energy (low ion temperature). The generation efficiency of the plasma 6 is highest in the vicinity where the magnetic flux f1M degree is maximum, and the plasma 6 generated in this vicinity is transported toward the ion extraction magnetic pole 17 by the magnetic flux density gradient in the region A.

容器16は各永久磁石15a〜15dに内接して構成さ
れているので、容器16の内面近くの磁束密度はマイク
ロ波入射側もイオン引出し磁極17側もほぼ等しく、容
器16の壁面からほぼ等しい距離の点でECR条件を満
足″fる磁束密度を得ろことができろ。これにより、プ
ラズマ生成領域を第1図1alに示したように、マイク
ロ波入射側からイオン引出し磁極17に向って次第に広
くすることが可能となり、イオン引出し面積を広くする
ことができる。
Since the container 16 is configured to be inscribed in each of the permanent magnets 15a to 15d, the magnetic flux density near the inner surface of the container 16 is approximately equal on both the microwave incident side and the ion extraction magnetic pole 17 side, and the distances from the wall surface of the container 16 are approximately equal. It is possible to obtain a magnetic flux density that satisfies the ECR conditions in terms of .This makes the plasma generation region gradually wider from the microwave incidence side toward the ion extraction magnetic pole 17, as shown in FIG. This makes it possible to widen the ion extraction area.

イオン引出し磁極17によりプラズマ6から引出されろ
イオンは、一般には正電荷に帯電したイオン11であり
、引出されたイオン11は加速されて試料10に照射さ
れ、試料10に対して所要の処理、例えばミリング、エ
ツチング等によりパターン加工が施されろ。
The ions extracted from the plasma 6 by the ion extraction magnetic pole 17 are generally positively charged ions 11, and the extracted ions 11 are accelerated and irradiated onto the sample 10, thereby subjecting the sample 10 to necessary processing, For example, pattern processing may be performed by milling, etching, etc.

このように、本実施例では、マイクロ波入射側で磁石配
列半径を小さく、イオン引出し磁極側で磁石配列半径を
太きくし、これら各磁石に内接して容器16を構成した
ので、プラズマ生成室へのマイクロ波入射の結合度を損
うことなくイオン引出し面積を広くすることができ、処
理面積が大きくなって処理効率を向上させることができ
ろ。又、永久磁石として稀土類を用いろと容易に0,1
テスラ以上の磁界を得ることができ、これにより、電磁
コイルを使用した場合に必要とされろ磁界発生のたぬの
安定した直流電源や冷却装置を省略fろことができ、ひ
いてはコスト低減、占有面積の縮少を達成″f′ること
ができる。
As described above, in this example, the magnet array radius is made small on the microwave incidence side, and the magnet arrangement radius is made large on the ion extraction magnetic pole side, and the container 16 is configured by being inscribed in each of these magnets. It is possible to widen the ion extraction area without impairing the coupling degree of incident microwaves, increasing the processing area and improving processing efficiency. In addition, it is easy to use rare earth materials as permanent magnets.
It is possible to obtain a magnetic field larger than Tesla, which eliminates the need for a stable DC power supply and cooling device for generating a magnetic field, which is required when using an electromagnetic coil, which in turn reduces costs and occupies less space. A reduction in area can be achieved.

第2図は本発明の第2の実施例に係るマイクロ波プラズ
マ処理装置の断面図である。図で、第1図(a)に示す
部分と同一部分icは同一符号を付して説明を省略する
。19a、19bは電磁コイルであり、マイクロ波入射
側の電磁コイル19aの径がイオン引出し磁極17側の
電磁コイル19bの径より小さくされる。これら電磁コ
イル19a。
FIG. 2 is a sectional view of a microwave plasma processing apparatus according to a second embodiment of the present invention. In the figure, parts ic that are the same as those shown in FIG. 19a and 19b are electromagnetic coils, and the diameter of the electromagnetic coil 19a on the microwave incidence side is made smaller than the diameter of the electromagnetic coil 19b on the ion extraction magnetic pole 17 side. These electromagnetic coils 19a.

19bに電流を供給することにより、プラズマ生成室中
心軸付近の磁束密度分布が、さぎの実miMと同様にマ
イクロ波入射側からイオン引出し磁極17方向に次第に
小さくなる磁界を形成することができる。したがって、
本実施例も、プラズマ生成室へのマイクロ波入射の結合
度を損うことなくイオン引出し面積を広くし、処理能力
を向上させることができる。
By supplying current to 19b, it is possible to form a magnetic field in which the magnetic flux density distribution near the central axis of the plasma generation chamber gradually decreases from the microwave incidence side toward the ion extraction magnetic pole 17, similar to the Saginomi miM. therefore,
In this embodiment as well, the ion extraction area can be increased and the processing capacity can be improved without impairing the degree of coupling of microwaves incident on the plasma generation chamber.

第3図は本発明の第3の実施例に係るマイクロ波プラズ
マ処理装置の断面図である。図で、第1図[alに示す
部分と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
FIG. 3 is a sectional view of a microwave plasma processing apparatus according to a third embodiment of the present invention. In the figure, the same parts as those shown in FIG.

20はマイクロ波入射口の近傍に配置された電磁コイル
である。この電磁コイル20には、永久磁石15a、1
5bが形成する磁界と同一方向の磁界を形成″′f″ろ
ようlc!fiが供給される。この電磁コイル20の磁
界により、プラズマ生成室40マイクロ波入射口近傍の
磁束密度を最大にすることができ、これにより、生成プ
ラズマのマイクロ波入射窓5の方向への拡散損失を抑制
してプラズマ密度の増大を図ることができる。
20 is an electromagnetic coil placed near the microwave incidence port. This electromagnetic coil 20 includes permanent magnets 15a, 1
Forms a magnetic field in the same direction as the magnetic field formed by 5b. fi is supplied. The magnetic field of the electromagnetic coil 20 can maximize the magnetic flux density near the microwave incidence port of the plasma generation chamber 40, thereby suppressing the diffusion loss of the generated plasma in the direction of the microwave incidence window 5 and generating plasma. It is possible to increase the density.

本実施例では、永久磁石に対して電磁フィルを併用する
ようにしたので、磁界分布を精度良く制御することがで
き、プラズマの生成効率を高めることができる。イオン
引出し面積を広くして処理能力を向上させろことができ
ろ効果は第1の実施例と同じである。
In this embodiment, since an electromagnetic filter is used in combination with the permanent magnet, the magnetic field distribution can be controlled with high accuracy, and the plasma generation efficiency can be increased. The effect of increasing the ion extraction area and improving the processing capacity is the same as that of the first embodiment.

第4図(al、 Iblは本発明の第4の実施例に係る
マイクロ波プラズマ処理装置の縦断面図および横断面図
である。図で、第1図に示す部分と同一部分には同一符
号を付して説明を省略する。さぎの各実施例において、
プラズマ生成室4を構成−f′る容器16は截頭円錐形
のもののみであったが、本実施例では、截頭円錐形の容
器16のイオン引出磁極17側に連結された円筒形の容
器21を有する。
FIG. 4 (al and Ibl are a vertical cross-sectional view and a cross-sectional view of a microwave plasma processing apparatus according to a fourth embodiment of the present invention. In the figure, the same parts as shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals. The explanation will be omitted by adding .In each example of the rabbit,
Although the container 16 constituting the plasma generation chamber 4 had only a truncated conical shape, in this embodiment, a cylindrical container connected to the ion extraction magnetic pole 17 side of the truncated conical container 16 was used. It has a container 21.

22は容器21の周囲に配置された永久磁石である。第
4図1blは第4図fa)の線1yb−4ybに沿う断
面図であり、これにより永久磁石22の配置および極性
が示されている。23は容器21により形成されるプラ
ズマ拡張室である。プラズマ拡張室23はプラズマ生成
室4と連通しでいる。
22 is a permanent magnet placed around the container 21. FIG. 4 1bl is a sectional view along the line 1yb-4yb of FIG. 4fa), which shows the arrangement and polarity of the permanent magnets 22. 23 is a plasma expansion chamber formed by the container 21. The plasma expansion chamber 23 is in communication with the plasma generation chamber 4.

永久磁石22は、それら隣接するものの極性が第4図1
b+に示すように反対極性となるよう配置されている。
The polarity of the adjacent permanent magnets 22 is as shown in FIG.
They are arranged to have opposite polarities as shown in b+.

したがって、プラズマ拡張室23の容器21の内壁面近
くには、隣接する磁石へ向う磁界が形成され、この磁界
によりプラズマ6を容器21の電画から離れた位置に閉
じ込めることができろ。
Therefore, near the inner wall surface of the container 21 of the plasma expansion chamber 23, a magnetic field directed toward the adjacent magnet is formed, and this magnetic field can confine the plasma 6 in a position away from the electrical image of the container 21.

本実施例では、プラズマ拡張室23の中心付近の磁界は
非常に小さく、プラズマ拡張室23内では径方向のプラ
ズマ密度分布がほぼ均一になる特性を有しているので、
プラズマ拡張室23の出口にイオン引出し磁極17を配
置することにより、第1の実施例と同じ効果を奏するば
かりでなく、分布の一様なイオンビームな得ろことがで
き、ひいてはプラズマ処理装置として精度のよい均一な
処理特性を得ろこともできろ。
In this embodiment, the magnetic field near the center of the plasma expansion chamber 23 is very small, and the plasma density distribution in the radial direction within the plasma expansion chamber 23 is almost uniform.
By arranging the ion extraction magnetic pole 17 at the exit of the plasma expansion chamber 23, it is possible not only to achieve the same effect as in the first embodiment but also to obtain an ion beam with a uniform distribution, which in turn improves the precision of the plasma processing apparatus. It is also possible to obtain good and uniform processing characteristics.

第5図は本発明の第5の実施例に係るマイクロ波プラズ
マ処理装置の断面図である。図で、第1図1a)に示す
部分と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
FIG. 5 is a sectional view of a microwave plasma processing apparatus according to a fifth embodiment of the present invention. In the figure, the same parts as those shown in FIG. 1a) are given the same reference numerals, and their explanation will be omitted.

25は軸方向に磁化した永久磁石であり、軸方向におい
て磁極が一致するようにプラズマ生成室外に複数個配置
されている。このような永久磁石25を使用することに
より、本実施例は、第1の実施例と同じ効果を奏すると
ともに、永久磁石の特性を最大限に発揮させることがで
き、さらに、取付けか容易で、径方向寸法を小さくでI
する効果をも有する。
A plurality of permanent magnets 25 are magnetized in the axial direction, and a plurality of permanent magnets are arranged outside the plasma generation chamber so that their magnetic poles coincide in the axial direction. By using such a permanent magnet 25, this embodiment has the same effect as the first embodiment, can maximize the characteristics of the permanent magnet, and is easy to install. I by reducing the radial dimension
It also has the effect of

第6図は本発明の第6の実施例に係るマイクロ波プラズ
マ処理装置の断面図である。図で、第1図1alに示す
部分と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
FIG. 6 is a sectional view of a microwave plasma processing apparatus according to a sixth embodiment of the present invention. In the figure, parts that are the same as those shown in FIG.

27は半円形又はU字形の永久磁石である。この永久8
石27はプラズマ生成室4の外周に複数個配置されてお
り、各永久磁石27は円弧方向に磁化されるとともにそ
れらの各磁極の極性が軸方向において一致するよう′に
配置される。本実施例は第1の実施例と同じ効果を奏す
るとともに、永久磁石27の作る磁界がプラズマ生成室
4の外部の磁石内で閉じられているので、漏れ磁束が少
なくなりプラズマ生成室内の磁界を強くすることができ
、ひいてはプラズマ生成効率を高ぬることが可能となる
効果をも有する。
27 is a semicircular or U-shaped permanent magnet. this eternity 8
A plurality of stones 27 are arranged around the outer periphery of the plasma generation chamber 4, and each permanent magnet 27 is magnetized in an arcuate direction and arranged in such a way that the polarity of each of their magnetic poles coincides in the axial direction. This embodiment has the same effect as the first embodiment, and since the magnetic field created by the permanent magnet 27 is closed within the magnet outside the plasma generation chamber 4, leakage magnetic flux is reduced and the magnetic field inside the plasma generation chamber is It also has the effect of making it possible to increase the strength of the plasma, thereby increasing the plasma generation efficiency.

第7図は本発明の第7の実jl!!IIJに係るマイク
ロ波プラズマ処理f装置の断面図である。図で、第1図
1alに示す部分と同一部分には同一符号を付して説明
を省略する。29はプラズマ生成室4の外周に傾斜を有
して配置された永久磁石である。これら永久磁石29は
その磁化方向が径方向になるよう幅(又は厚み)方向に
磁化されており、隣接する永久磁石の極性が逆になるよ
うに配置されている。これら永久磁石29により形成さ
れる磁界の磁束密度は、さぎの各実施例と同様、マイク
ロ波入射側からイオン引出し磁極17側に向って次第に
小さくなるのは明らかであり、かつ、第4図(blに示
すようにプラズマ生成室壁面近くが大でプラズマ生成室
4の中心方向に向って次第に小さくなる。このような磁
束密度分布において、磁石の強さを充分大きくしてEC
R条件を満足する磁束密度を与えれば、効率良くプラズ
マを生成することができろ。そして、プラズマ生成室4
の壁面近くで生成されたプラズマは、磁界の勾配により
プラズマ生成室4の中央へ、かつ、イオン引出し磁極1
7の方へ輸送される。
Figure 7 shows the seventh fruit of the present invention! ! FIG. 2 is a sectional view of a microwave plasma processing apparatus according to IIJ. In the figure, parts that are the same as those shown in FIG. Reference numeral 29 denotes a permanent magnet arranged at an angle around the outer periphery of the plasma generation chamber 4. These permanent magnets 29 are magnetized in the width (or thickness) direction so that the magnetization direction is in the radial direction, and are arranged so that adjacent permanent magnets have opposite polarities. It is clear that the magnetic flux density of the magnetic field formed by these permanent magnets 29 gradually decreases from the microwave incidence side to the ion extraction magnetic pole 17 side, as in each of the Sagi embodiments, and as shown in FIG. As shown in bl, it is large near the wall of the plasma generation chamber and gradually becomes smaller toward the center of the plasma generation chamber 4.In such a magnetic flux density distribution, the strength of the magnet is sufficiently increased to obtain EC.
Plasma can be efficiently generated by providing a magnetic flux density that satisfies the R condition. And plasma generation chamber 4
The plasma generated near the wall of the ion extraction magnetic pole 1 moves toward the center of the plasma generation chamber 4 due to the gradient of the magnetic field.
7 will be transported.

本実施例は、wclの実施例と同じ効果を秦するととも
に、均一なイオンビームを引出すことができる効果を有
する。
This embodiment has the same effect as the WCL embodiment and also has the effect of being able to extract a uniform ion beam.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上述べたように、本発明では、マイクロ波導入部とイ
オン引出し磁極の間において、プラズマ生成室を、その
断面積がマイクロ波導入部側からイオン引出し磁極側に
向って連続的に増大する部分を有するように構成したの
で、プラズマ生成室へのマイクロ波入射の結合度を損う
ことなくイオン引出し面積を広くすることができ、これ
により処理面積が大きくなり処理効率を向上させること
ができる。
As described above, in the present invention, between the microwave introduction section and the ion extraction magnetic pole, the plasma generation chamber is formed into a portion whose cross-sectional area continuously increases from the microwave introduction section side to the ion extraction magnetic pole side. Since the plasma generating chamber is configured to have the following characteristics, the ion extraction area can be increased without impairing the degree of coupling of microwaves incident on the plasma generation chamber, thereby increasing the processing area and improving processing efficiency.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図[a) k1本発明の第1の実施例に係るマイク
ロ波プラズマ処理!Itの断面図、第1図1dl、 I
clはそれぞれ第1図1a)に示す線l b−1b、 
 Ic−1cに沿う断面図、第1図1dlは第1図ta
> K示す装置の磁束密度分布図、第2図および第3図
はそれぞれ本発明の第2.第3の実施例に係るマイクロ
波プラズマ処理装置の断面図、第4図(atは本発明の
第4の実施例に係るマイクロ波プラズマ処理装置の断面
図、第4図1alは第4図1alに示す線1’y b 
−1y bイクロ波プラズマ処理装置の断面図、第8図
は従来のマイクロ波プラズマ処理装置の断面図である。 1・・・・・・マイクロ波発振器、2・・・・・・導波
管、4・・・・・・プラズマ生致室、6・・・・・・プ
ラズマ、9・・・・・・処理装置、10 ・−・−試料
、15a〜15L  25127.29・・・・・・永
久磁石、16・・・・・・容器、17・・・・・・イオ
ン引出し磁極、19 a、  19 b、  20・・
・・・・電磁コイル。 6:プつス′ン      17:イオン引出し唾独9
:M11sll 第7図 ! 第8図
FIG. 1 [a) k1 Microwave plasma treatment according to the first embodiment of the present invention! Cross-sectional view of It, Figure 1 1dl, I
cl are the lines lb-1b shown in FIG. 1 1a), respectively;
A cross-sectional view along Ic-1c, Fig. 1 1dl is Fig. 1 ta
>K The magnetic flux density distribution diagrams of the device shown in FIGS. 2 and 3 are respectively the 2nd. FIG. 4 is a cross-sectional view of a microwave plasma processing apparatus according to a third embodiment of the present invention (at is a cross-sectional view of a microwave plasma processing apparatus according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG. Line 1'y b shown in
-1yb A sectional view of a microwave plasma processing apparatus. FIG. 8 is a sectional view of a conventional microwave plasma processing apparatus. 1...Microwave oscillator, 2...Waveguide, 4...Plasma generation chamber, 6...Plasma, 9... Processing device, 10... Sample, 15a to 15L 25127.29... Permanent magnet, 16... Container, 17... Ion extraction magnetic pole, 19 a, 19 b , 20...
...Electromagnetic coil. 6: Push-sun 17: Ion drawer saliva 9
:M11sll Figure 7! Figure 8

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、マイクロ波発振器と、このマイクロ波発振器で発生
したマイクロ波電力を伝送する導波路と、この導波路に
対して開口を有するプラズマ生成室と、このプラズマ生
成室内に磁界を発生させる磁界発生装置と、前記プラズ
マ生成室で生成したプラズマからイオンを引出すイオン
引出し装置と、引出されたイオンを利用する処理室とを
備えたマイクロ波プラズマ処理装置において、前記プラ
ズマ生成室は、前記導波路への開口部から前記イオン引
出し装置までの間に、前記プラズマ生成室の断面積が前
記導波路の開口部側から前記イオン引出し装置側に向つ
てほぼ連続的に増大する部分を有することを特徴とする
マイクロ波プラズマ処理装置。 2、特許請求の範囲第1項において、前記磁界発生装置
は、前記プラズマ生成室の外面に沿つて配置されている
電磁コイルであることを特徴とするマイクロ波プラズマ
処理装置。3、特許請求の範囲第1項において、前記磁
界発生装置は、前記プラズマ生成室の外面に沿い軸方向
の磁界を形成するように配置されている永久磁石である
ことを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。 4、特許請求の範囲第3項において、前記永久磁石は、
前記プラズマ生成室外周の円周方向に沿つて隣り合う磁
極が同じ極性となるように配置されていることを特徴と
するマイクロ波プラズマ処理装置。 5、特許請求の範囲第3項において、前記永久磁石は、
前記プラズマ生成室外周の円周方向に沿つて隣り合う磁
極が反対の極性となるように配置されていることを特徴
とするマイクロ波プラズマ処理装置。 6、特許請求の範囲第1項において、前記プラズマ生成
室は、そのイオン引出し装置側開口に、当該開口より面
積の大きいプラズマ保存室およびこのプラズマ保存室の
外周に沿つて隣り合う磁極が反対の極性となるように配
置した永久磁石が設けられていることを特徴とするマイ
クロ波プラズマ処理装置。
[Claims] 1. A microwave oscillator, a waveguide for transmitting microwave power generated by the microwave oscillator, a plasma generation chamber having an opening to the waveguide, and a magnetic field within the plasma generation chamber. In the microwave plasma processing apparatus, the plasma generation chamber includes a magnetic field generation device that generates a magnetic field, an ion extraction device that extracts ions from the plasma generated in the plasma generation chamber, and a processing chamber that utilizes the extracted ions. , between the opening to the waveguide and the ion extraction device, a portion where the cross-sectional area of the plasma generation chamber increases almost continuously from the opening of the waveguide toward the ion extraction device; A microwave plasma processing apparatus comprising: 2. The microwave plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the magnetic field generating device is an electromagnetic coil arranged along the outer surface of the plasma generation chamber. 3. The microwave plasma according to claim 1, wherein the magnetic field generating device is a permanent magnet arranged so as to form an axial magnetic field along the outer surface of the plasma generation chamber. Processing equipment. 4. In claim 3, the permanent magnet is
A microwave plasma processing apparatus characterized in that magnetic poles adjacent to each other along the circumferential direction of the outer periphery of the plasma generation chamber are arranged to have the same polarity. 5. In claim 3, the permanent magnet is:
A microwave plasma processing apparatus characterized in that magnetic poles adjacent to each other along the circumferential direction of the outer periphery of the plasma generation chamber are arranged so as to have opposite polarities. 6. In claim 1, the plasma generation chamber has a plasma storage chamber having an area larger than the opening at the opening on the side of the ion extraction device, and a plasma storage chamber having opposite magnetic poles adjacent along the outer periphery of the plasma storage chamber. A microwave plasma processing apparatus characterized by being provided with permanent magnets arranged so as to be polarized.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH06168699A (en) * 1992-11-30 1994-06-14 Nec Corp Ecr plasma processing device
JP2013037907A (en) * 2011-08-08 2013-02-21 Sumitomo Heavy Ind Ltd Microwave ion source and method for generating ion

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